力的平衡問題總的來說可以分為兩類:靜態平衡問題和動態平衡問題。它們一直是高考的熱門考點,也是難點內容;而其中的動態平衡問題又是難點中的難點。解決動態平衡問題的方法有很多種,如三角形圖解法、相似三角形法、作輔助圓法、解析法等,所有的解題方法都可以歸納為兩種:圖解法和解析法。解題方法其實大家都懂,但我們卻常常苦惱於什麼時候用圖解法或者解析法解題。那麼我們什麼時候用圖解法和解析法呢?
一、圖解法:對研究對象進行受力分析,再根據平行四邊形或三解形定則畫出不出狀態下的力的矢量圖(畫在同一個圖中),然後根據有向線段(表示力)的長度變化,判斷各個力的變化情況。
使用條件:一個物體受三個共點力(或可等效為三個共點力)而平衡,且其中一個力的大小和方向是確定的(如重力),另一個力的方向或大小始終不變,而第三個力的大小和方向都可改變,在這種條件下判斷力的大小的變化 ,最適合用「圖解法」,而且可以求出第三個力取什麼方向時這力有最小值(當這個變力和不變化的分力垂直時,這個變力有最小值)。
類型一:一個分力的方向保持恆定。
拓展思考:案例1中如果繩OB向下轉動,繩OB的張力又會怎麼變呢?
類型二:一個分力的大小保持恆定。
拓展思考:案例2中如果剛一開始兩個角度之和大於900度,B的讀數和角度又會怎麼變呢?
二、解析法:對研究對象的任一狀態進行受力分析 ,建立平衡方程,求出因變參量與自變參量 的一般數式,然後根據自參變量的變化確定因參變量的變化。
使用條件:一般來說只要能使用圖解法解決的動態平衡問題我們都用解析法解決,如①一個物體受三個以上共點力而平衡;②一個物體受三力平衡,雖然其中一個力的大小和方向是確定的(如重力),但其中一個力的方向和大小始終隨著第三個力改變而改變。類似這兩種情況,用解析法去解決是最簡便的方法。
類型三:一個物體受三個以上的共點力而平衡
類型四:合力G不變,但兩分力大小、方向都改變。
特殊案例:一個物體在一個半球面上移動而形成的動態平衡問題,只能利用相似三角形方法解決。
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